CN108956180B - 模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置，包括：模型箱与地层系统，包括模型箱与地层结构；所述地层结构上具有用于放置建筑物模型的预定位置；隧道模拟系统，由中空螺纹杆和螺纹套筒构成；电动机系统，包括底座、安装在底座上且设置有内螺纹的螺旋套管、以及电动机；变形监测系统，包括三脚架、计算机以及至少两个工业高速摄相装置；所述工业高速摄相装置安装在所述三脚架上，用于采集被放置在预定位置处的建筑物模型变形前后的三维视频图像数据，所述计算机与所述工业高速摄相装置电连接，用于通过所述三维视频图像数据获得所述建筑物模型在预定位置处的三维位移场和应变场。本发明还提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法。

Description

模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及地铁工程建设领域，具体地，涉及一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置以及一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法。

背景技术

随着社会生产力的发展，地下空间开发成为一种趋势，越来越多的城市开始修建地铁，地铁在给我们带来便利的同时，在其修建过程中也容易发生一些安全事故。在隧道开挖施工过程中，会引起隧道周围土体应力重分布，从而引起地面沉降，对上覆建筑物产生不良影响，比如开裂、倒塌等等，因此，控制好地层沉降位移，探究隧道在开挖过程中对上覆建筑物的破坏机理至关重要；但在实际工程中，隧道开挖对上覆建筑物监测工作难度大且成本高，迫切需要一种精确、简易的试验装置及方法，探究隧道开挖过程对上覆建筑物的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置以及一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法，解决了实际工程中监测困难的问题，并可模拟隧道开挖对不同方位建筑物的影响。

本发明提供的模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置包括：模型箱与地层系统，包括模型箱与地层结构；所述模型箱为单开口中空立方形箱体结构，包括构成箱体边框的框架以及构成箱体侧壁和底面的多个钢化玻璃板，作为其中两个相对侧壁的钢化玻璃板为第一钢化玻璃板和第二钢化玻璃板，在所述第一钢化玻璃板和所述第二钢化玻璃板上分别开设有作为隧道孔洞的通孔，所述通孔的中心线重合且中心线与地面平行；所述模型箱的箱体内填加有由砂土构成的所述地层结构，所述地层结构上具有用于放置建筑物模型的预定位置；

隧道模拟系统，由中空螺纹杆和螺纹套筒构成；所述中空螺纹杆用于模拟隧洞衬砌，所述中空螺纹杆的外壁设置有外螺纹，所述中空螺纹杆的一端从所述模型箱的箱体内由所述第一钢化玻璃板上的通孔穿出并与所述模型箱固定；所述螺纹套筒为由大端和小端构成的阶梯状管筒结构，所述螺纹套筒的小端设置有内螺纹，所述螺纹套筒的小端从所述模型箱的箱体外由所述第二钢化玻璃板上的通孔穿入并与所述中空螺纹杆的另一端螺纹套接，所述螺纹套筒的大端设置有外螺纹；

电动机系统，包括底座、安装在底座上且设置有内螺纹的螺旋套管、以及电动机；所述螺旋套管的一端与所述螺纹套筒的大端螺纹套接，另一端与所述电动机的动力输出端连接，所述电动机用于带动所述螺旋套管转动以带动螺纹套筒转动，使得螺纹套筒从套接的空心螺纹杆外壁朝向所述第二钢化玻璃板方向旋出；

变形监测系统，包括三脚架、计算机以及至少两个工业高速摄相装置；所述工业高速摄相装置安装在所述三脚架上，用于采集被放置在预定位置处的建筑物模型变形前后的三维视频图像数据，所述计算机与所述工业高速摄相装置电连接，用于通过所述三维视频图像数据获得所述建筑物模型在预定位置处的三维位移场和应变场。

优选地，所述第一钢化玻璃板上的通孔的孔径与所述中空螺纹杆的外径相同，所述第二钢化玻璃板上的通孔的孔径与所述螺纹套筒的小端的外径相同。

优选地，所述底座包括支撑框架和可调节支撑结构，所述可调节支撑结构用于调节支撑框架的高度从而调节所述螺旋套管的高度和水平度。

优选地，所述底座顶部安设有调平装置，用于显示所述螺旋套管的水平度；所述底座上装设有电机开关和用于调节所述电动机转速的电机转速调节器。

优选地，在所述底座上装设有用于防止底座产生水平位移的负重件。

优选地，所述预定位置包括：所述建筑物模型的横向轴线与所述中空螺纹杆的中轴线平行的位置、所述建筑物模型的横向轴线与所述中空螺纹杆的中轴线垂直的位置、以及所述建筑物模型的横向轴线与所述中空螺纹杆的中轴线呈预设角度的位置。

另一方面，本发明还提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法，该试验方法包括采用本发明提供的试验装置对建筑物模型在变形前后的三维形貌进行测量，所述测量步骤包括：

S1)在所述三脚架上安装至少两个工业高速摄相装置；

S2)将所述砂土均匀填入所述模型箱内，当所述模型箱内的砂土的厚度达到所述通孔边缘最低点时，安装所述隧道模拟系统和所述电动机系统，在安装完成后，继续填充所述砂土至所述模型箱内的预定高度以构成所述地层结构，在所述地层结构顶面的预定位置处放置所述建筑物模型；

S3)模拟隧道开挖：控制所述电动机带动所述螺旋套管转动，使得所述螺旋套管转动带动螺纹套筒转动并从套接的空心螺纹杆外壁朝向所述第二钢化玻璃板方向旋出，直至所述螺纹套筒从所述模型箱的箱体旋出；在模拟隧道开挖的同时通过所述工业高速摄相装置以与所述预定位置相适应的拍摄角度及拍摄高度采集所述建筑物模型的三维视频图像数据；

S4)通过计算机接收所述三维视频图像数据，以获得所述建筑物模型在所述预定位置的三维位移场和应变场；

S5)针对不同的预定位置，重复步骤S2)-S4)，以获得所述建筑物模型(13)在不同预定位置处的位移场和应变场。

采用本发明提供的模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置以及试验方法，解决了实际工程中监测困难的问题，并可通过改变建筑物模型与隧道中轴线的距离和角度模拟隧道开挖对不同方位建筑物的影响。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施方式的试验装置中模型箱与地层系统、隧道模拟系统以及电动机系统的安装示意图；

图3是根据本发明实施方式的试验装置中隧道模拟系统和电动机系统的安装示意图；以及

图4是根据本发明实施方式的试验装置中隧道模拟系统的结构示意图。

附图标记说明

1 框架 2 钢化玻璃板

201 第一钢化玻璃板 202 第二钢化玻璃板

3 通孔 4 砂土

5 中空螺纹杆 6 螺纹套筒

7 螺旋套管 8 电动机

9 底座 10 调平装置

11 电机开关 12 电机转速调节器

13 建筑物模型 14 工业高速摄相装置

15 三脚架 16 计算机

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

本发明提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置，该试验装置包括：模型箱与地层系统，包括模型箱与地层结构；所述模型箱为单开口中空立方形箱体结构，包括构成箱体边框的框架1以及构成箱体侧壁和底面的多个钢化玻璃板2，作为其中两个相对侧壁的钢化玻璃板2为第一钢化玻璃板201和第二钢化玻璃板202，在所述第一钢化玻璃板201和所述第二钢化玻璃板202上分别开设有作为隧道孔洞的通孔3，所述通孔3的中心线重合且中心线与地面平行；所述模型箱的箱体内填加有由砂土4构成的所述地层结构，所述地层结构上具有用于放置建筑物模型13的预定位置；

隧道模拟系统，由中空螺纹杆5和螺纹套筒6构成；所述中空螺纹杆5用于模拟隧洞衬砌，所述中空螺纹杆5的外壁设置有外螺纹，所述中空螺纹杆5的一端从所述模型箱的箱体内由所述第一钢化玻璃板201上的通孔3穿出并与所述模型箱固定；所述螺纹套筒6为由大端和小端构成的阶梯状管筒结构，所述螺纹套筒6的小端设置有内螺纹，所述螺纹套筒6的小端从所述模型箱的箱体外由所述第二钢化玻璃板202上的通孔3穿入并与所述中空螺纹杆5的另一端螺纹套接，所述螺纹套筒6的大端设置有外螺纹；

电动机系统，包括底座9、安装在底座9上且设置有内螺纹的螺旋套管7、以及电动机8；所述螺旋套管7的一端与所述螺纹套筒6的大端螺纹套接，另一端与所述电动机8的动力输出端连接，所述电动机8用于带动所述螺旋套管7转动以带动螺纹套筒6转动，使得螺纹套筒6从套接的空心螺纹杆5外壁朝向所述第二钢化玻璃板202方向旋出；

变形监测系统，包括三脚架15、计算机16以及至少两个工业高速摄相装置14；所述工业高速摄相装置14安装在所述三脚架15上，用于采集被放置在预定位置处的建筑物模型13变形前后的三维视频图像数据，所述计算机16与所述工业高速摄相装置14电连接，用于通过所述三维视频图像数据获得所述建筑物模型13在预定位置处的三维位移场和应变场。

根据本发明的技术方案，如图1-图2所示，所述模型箱与地层系统包括模型箱与地层结构；所述模型箱为单开口中空立方形箱体结构，包括构成箱体边框的框架1以及构成箱体侧壁和底面的多个钢化玻璃板2，根据本发明一种实施方式，框架1与多个钢化玻璃板2通过螺栓连接，并在各连接处通过密封材料进行密封。

作为其中两个相对侧壁的钢化玻璃板2为第一钢化玻璃板201和第二钢化玻璃板202，模拟从所述第一钢化玻璃板201至所述第二钢化玻璃板202之间开挖隧道，所述第一钢化玻璃板201至所述第二钢化玻璃板202的垂直距离为隧道的长度，在所述第一钢化玻璃板201和所述第二钢化玻璃板202上分别开设有作为隧道孔洞的通孔3，所述通孔3的中心线重合且中心线与地面平行，所述第一钢化玻璃板201上的通孔3作为隧道的起始端，所述第二钢化玻璃板202上的通孔3作为隧道的结束端。

所述模型箱的箱体内填加有由砂土4构成的所述地层结构，所述地层结构上具有用于放置建筑物模型13的预定位置，所述模型箱和所述地层结构构成了模型箱与地层系统，用于模拟建立起隧道开挖的初始环境。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述预定位置包括：所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线平行的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线垂直的位置、以及所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈预设角度的位置。

根据本发明的一种实施方式，可以调整建筑物模型13在地层结构上的预定位置，使得所述建筑物模型13在地层结构上的布置位置先后与模型箱水平面中心点呈“米”字形排布。

根据本发明的一种实施方式，所述建筑物模型13采用弹性模量为0.3GP的石膏粘土混合物砖块堆积而成。

为了提高实验的精度，实验模拟隧道已经开挖一段距离并完成这一段的衬砌，继续进行后续隧道挖掘以进行对上覆建筑物的变化进行测量，根据本发明的技术方案，如图1-图4所示，所述隧道模拟系统由中空螺纹杆5和螺纹套筒6构成；所述中空螺纹杆5用于模拟隧洞衬砌，所述中空螺纹杆5的外壁设置有外螺纹，所述中空螺纹杆5的一端从所述模型箱的箱体内由所述第一钢化玻璃板201上的通孔3穿出并与所述模型箱固定；所述中空螺纹杆5的中空内腔模拟为形成的隧道空间，所述中空螺纹杆5的外壁模拟为隧洞衬砌。

为了继续进行后续隧道挖掘设置所述螺纹套筒6，所述螺纹套筒6为由大端和小端构成的阶梯状管筒结构，所述螺纹套筒6的小端设置有内螺纹，所述螺纹套筒6的小端从所述模型箱的箱体外由所述第二钢化玻璃板202上的通孔3穿入并与所述中空螺纹杆5的另一端螺纹套接，所述螺纹套筒6的大端设置有外螺纹。

根据本发明一种实施方式，优选地，所述第一钢化玻璃板201上的通孔3的孔径与所述中空螺纹杆5的外径相同，所述第二钢化玻璃板202上的通孔3的孔径与所述螺纹套筒6的小端的外径相同，使得所述中空螺纹杆5能够顺利从所述第一钢化玻璃板201上的通孔3穿出且不会留有较大缝隙；使得所述螺纹套筒6的小端能够顺利从所述第二钢化玻璃板202上的通孔3穿入且不会留有较大缝隙。

根据本发明一种实施方式，所述中空螺纹杆5的长度大于隧道长度，所述中空螺纹杆5的另一端位于模型箱的所述第二钢化玻璃板202内侧，保证所述中空螺纹杆5的一端能够从所述模型箱的箱体内由所述第一钢化玻璃板201上的通孔3穿出，以方便与所述模型箱固定，使得在后续开挖过程中，所述中空螺纹杆5不会产生位移。

根据本发明的技术方案，如图1-图3所示，所述电动机系统包括底座9、安装在底座9上且设置有内螺纹的螺旋套管7、以及电动机8(未示出)；所述螺旋套管7的一端与所述螺纹套筒6的大端螺纹套接，另一端与所述电动机8的动力输出端连接，所述电动机8用于带动所述螺旋套管7转动以带动螺纹套筒6转动，使得螺纹套筒6从套接的空心螺纹杆5外壁朝向所述第二钢化玻璃板202方向旋出，用于模拟隧道后续挖掘过程。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述底座9包括支撑框架和可调节支撑结构，所述可调节支撑结构用于调节支撑框架的高度从而调节所述螺旋套管7的高度和水平度，使得所述螺旋套管7与所述螺纹套筒6的中轴线重合，以提高挖掘的精度。

根据本发明的一种实施方式，所述可调节支撑结构为螺栓调节支撑结构，分别安装在所述支撑框架底部的四角，能够通过旋转螺栓分别调节所述支撑框架四角的高度，从而实现调节所述螺旋套管7的高度和水平度。

根据本发明的一种实施方式，所述支撑框架为立方体框架结构，在其中两个相对的侧壁上分别开设有第二通孔，所述螺旋套管7穿过对向设置的两个所述第二通孔安装并固定。

根据本发明的一种实施方式，在所述底座9顶部安设有调平装置10，用于显示所述螺旋套管7的水平度；优选地，所述调平装置10采用气泡居中的方式来显示水平度。

根据本发明的一种实施方式，在所述底座9上装设有电机开关11和用于调节所述电动机8转速的电机转速调节器12；优选地，电机转速调节器12与所述电动机8电连接，具有电机转速的调节档位，能够通过手动旋钮调节所述电动机8的转速。

根据本发明的一种实施方式，优选地，在所述底座9上装设有用于防止底座9产生水平位移的负重件，增加了所述电动机系统的稳定性，以提高在模拟隧道开挖的过程中精度。

根据本发明的技术方案，如图1所示，所述变形监测系统包括三脚架15、计算机16(未示出)以及至少两个工业高速摄相装置14；所述工业高速摄相装置14安装在所述三脚架15上，用于采集建筑物模型13在变形前后的三维视频图像数据，所述计算机16与所述工业高速摄相装置14电连接，用于通过所述三维视频图像数据获得所述建筑物模型13的三维位移场和应变场，能够通过调节所述三脚架15的张开角度，调整所述至少两个工业高速摄相装置14的拍摄高度。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述工业高速摄相装置14的数量为2个，能够利用较少的设备，测量到较全面的所述建筑物模型13的变形数据。

根据本发明的一种实施方式，所述至少两个工业高速摄相装置14分别通过U型夹安装在所述三脚架15上，通过调节各个U型夹调节所述工业高速摄相装置14之间的夹角以及所述工业高速摄相装置14与水平方向的夹角。

根据本发明的一种实施方式，在所述建筑物模型13外壁通过喷涂油漆以形成黑白相间的不规则散斑，采用所述工业高速摄相装置14采集具有散斑的所述建筑物模型13的视频图像，能够通过对比不同时刻散斑的位置从而获得相应的变形数据。

另一方面，本发明还提供一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法，该试验方法采用本发明的模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置对所述建筑物模型13在变形前后的三维形貌进行测量，所述测量步骤包括：

S1)在所述三脚架15上安装至少两个工业高速摄相装置14；

S2)将所述砂土4均匀填入所述模型箱内，当所述模型箱内的砂土4的厚度达到所述通孔3边缘最低点时，安装所述隧道模拟系统和所述电动机系统，在安装完成后，继续填充所述砂土4至所述模型箱内的预定高度以构成所述地层结构，在所述地层结构顶面的预定位置处放置所述建筑物模型13；

S3)模拟隧道开挖：控制所述电动机8带动所述螺旋套管7转动，使得所述螺旋套管7转动带动螺纹套筒6转动并从套接的空心螺纹杆5外壁朝向所述第二钢化玻璃板202方向旋出，直至所述螺纹套筒6从所述模型箱的箱体旋出；在模拟隧道开挖的同时通过所述工业高速摄相装置14以与所述预定位置相适应的拍摄角度及拍摄高度采集所述建筑物模型13的三维视频图像数据；

S4)通过计算机16接收所述三维视频图像数据，以获得所述建筑物模型13在所述预定位置的三维位移场和应变场；

S5)针对不同的预定位置，重复步骤S2)-S4)，以获得所述建筑物模型(13)在不同预定位置处的位移场和应变场。

可以根据实验室条件确定所述建筑物模型13与原型尺寸的几何相似比，进而选取模型箱的尺寸，根据本发明的一种实施方式，选取所述建筑物模型13尺寸与原型尺寸的几何相似比为1:100，选取模型箱的尺寸为：长度0.75米，宽度0.5米，高度0.5米，所述中空螺纹杆5的外径为7.5厘米。

根据本发明的一种实施方式，首先放置所述建筑物模型13处于横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线平行的位置，按照步骤S2)-S4)测量所述建筑物模型13的变形情况；调整所述建筑物模型13处于横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线垂直的位置，重复步骤S2)-S4)测量所述建筑物模型13的变形情况；调整所述建筑物模型13处于横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈预设角度的位置，重复步骤S2)-S4)测量所述建筑物模型13的变形情况。

举例来说，以逆时针旋转方向为正向角度的条件下，所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线所呈预设角度如下：所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈0度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈45度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈90度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈135度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈180度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈-45度的位置、所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈-90度的位置以及所述建筑物模型13的横向轴线与所述中空螺纹杆5的中轴线呈-135度的位置，使得所述建筑物模型13的布置位置先后与模型箱水平面中心点呈“米”字形排布，所述建筑物模型13处于不同的预定位置时，重复步骤S2)-S4)，以获得所述建筑物模型13处于不同预定位置的位移场和应变场。

采用本发明提供的模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置以及模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法，解决了实际工程中监测困难的问题，并可通过改变建筑物模型与隧道中轴线的距离和角度模拟隧道开挖对不同方位建筑物的影响。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (7)

1.一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：

模型箱与地层系统，包括模型箱与地层结构；所述模型箱为单开口中空立方形箱体结构，包括构成箱体边框的框架(1)以及构成箱体侧壁和底面的多个钢化玻璃板(2)，作为其中两个相对侧壁的钢化玻璃板(2)为第一钢化玻璃板(201)和第二钢化玻璃板(202)，在所述第一钢化玻璃板(201)和所述第二钢化玻璃板(202)上分别开设有作为隧道孔洞的通孔(3)，所述通孔(3)的中心线重合且中心线与地面平行；所述模型箱的箱体内填加有由砂土(4)构成的所述地层结构，所述地层结构上具有用于放置建筑物模型(13)的预定位置，所述预定位置先后与所述模型箱水平面的中心点呈“米”字形排布，所述建筑物模型(13)的外壁通过喷涂油漆形成黑白相间的不规则散斑；

隧道模拟系统，由中空螺纹杆(5)和螺纹套筒(6)构成；所述中空螺纹杆(5)用于模拟隧洞衬砌，所述中空螺纹杆(5)的外壁设置有外螺纹，所述中空螺纹杆(5)的一端从所述模型箱的箱体内由所述第一钢化玻璃板(201)上的通孔(3)穿出并与所述模型箱固定；所述螺纹套筒(6)为由大端和小端构成的阶梯状管筒结构，所述螺纹套筒(6)的小端设置有内螺纹，所述螺纹套筒(6)的小端从所述模型箱的箱体外由所述第二钢化玻璃板(202)上的通孔(3)穿入并与所述中空螺纹杆(5)的另一端螺纹套接，所述螺纹套筒(6)的大端设置有外螺纹；

电动机系统，包括底座(9)、安装在底座(9)上且设置有内螺纹的螺旋套管(7)、以及电动机(8)；所述螺旋套管(7)的一端与所述螺纹套筒(6)的大端螺纹套接，另一端与所述电动机(8)的动力输出端连接，所述电动机(8)用于带动所述螺旋套管(7)转动以带动螺纹套筒(6)转动，使得螺纹套筒(6)从套接的空心螺纹杆(5)外壁朝向所述第二钢化玻璃板(202)方向旋出；

变形监测系统，包括三脚架(15)、计算机(16)以及至少两个工业高速摄相装置(14)；所述工业高速摄相装置(14)安装在所述三脚架(15)上，用于采集被放置在预定位置处的具有散斑的建筑物模型(13)变形前后的三维视频图像数据，所述计算机(16)与所述工业高速摄相装置(14)电连接，用于通过所述三维视频图像数据获得所述建筑物模型(13)在预定位置处的三维位移场和应变场。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述第一钢化玻璃板(201)上的通孔(3)的孔径与所述中空螺纹杆(5)的外径相同，所述第二钢化玻璃板(202)上的通孔(3)的孔径与所述螺纹套筒(6)的小端的外径相同。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述底座(9)包括支撑框架和可调节支撑结构，所述可调节支撑结构用于调节支撑框架的高度从而调节所述螺旋套管(7)的高度和水平度。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述底座(9)顶部安设有调平装置(10)，用于显示所述螺旋套管(7)的水平度；所述底座(9)上装设有电机开关(11)和用于调节所述电动机(8)转速的电机转速调节器(12)。

5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，在所述底座(9)上装设有用于防止底座(9)产生水平位移的负重件。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述预定位置包括：所述建筑物模型(13)的横向轴线与所述中空螺纹杆(5)的中轴线平行的位置、所述建筑物模型(13)的横向轴线与所述中空螺纹杆(5)的中轴线垂直的位置、以及所述建筑物模型(13)的横向轴线与所述中空螺纹杆(5)的中轴线呈预设角度的位置。

7.一种模拟隧道开挖对上覆建筑物影响的试验方法，其特征在于，该试验方法包括采用权利要求1-6中任一项权利要求所述的试验装置对建筑物模型(13)在变形前后的三维形貌进行测量，所述测量步骤包括：

S1)在所述三脚架(15)上安装至少两个工业高速摄相装置(14)；

S2)将所述砂土(4)均匀填入所述模型箱内，当所述模型箱内的砂土(4)的厚度达到所述通孔(3)边缘最低点时，安装所述隧道模拟系统和所述电动机系统，在安装完成后，继续填充所述砂土(4)至所述模型箱内的预定高度以构成所述地层结构，在所述地层结构顶面的预定位置处放置所述建筑物模型(13)；

S3)模拟隧道开挖：控制所述电动机(8)带动所述螺旋套管(7)转动，使得所述螺旋套管(7)转动带动螺纹套筒(6)转动并从套接的空心螺纹杆(5)外壁朝向所述第二钢化玻璃板(202)方向旋出，直至所述螺纹套筒(6)从所述模型箱的箱体旋出；在模拟隧道开挖的同时通过所述工业高速摄相装置(14)以与所述预定位置相适应的拍摄角度及拍摄高度采集所述建筑物模型(13)的三维视频图像数据；

S4)通过计算机(16)接收所述三维视频图像数据，以获得所述建筑物模型(13)在所述预定位置的三维位移场和应变场；

S5)针对不同的预定位置，重复步骤S2)-S4)，以获得所述建筑物模型(13)在不同预定位置处的位移场和应变场。

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